KR101924083B1 - 발광장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR101924083B1
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lens unit
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고광만
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주성엔지니어링(주)
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Abstract

본 발명은 발광장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 출광되는 빛을 굴절시킴으로써 출광량을 증대시킬 수 있는 발광장치에 관한 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 빛이 투과하는 재질로 구성되는 기판과; 상기 기판상에 배치되는 제1전극과; 상기 제1전극상에 배치되는 발광부와상기 발광부 상에 배치되는 제2전극과;상기 기판에 마련되어 상기 발광부로부터 방출되어 상기 기판을 통과하는 빛을 굴절시키되, 상기 기판 상에 복수의 층으로 구성되는 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치 및 그 제조방법을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 의하여 렌즈부의 배치밀도를 제고함으로써, 기판에서 출사되는 빛의 양이 종래보다 현저하게 증가할 수 있다.

Description

발광장치 및 그 제조방법{A light emitting device and a manufacturing method thereof}
본 발명은 발광장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 기판에 배치되어 출광되는 빛을 굴절시키는 렌즈를 구비하는 발광장치 및 그 렌즈의 밀도가현저하게 높아져 출광 집중도를 높일 수 있는 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode; 이하, OLED)는 제1전극(애노드), 상기 제1전극 상에 위치하는 발광부 및 상기 발광부 상에 위치하는 제2전극(캐소드)를 포함한다.
OLED에 있어서, 제1전극와 제2전극 간에 전압을 인가하면 정공은 제1전극로부터 발광부 내로 주입되고, 전자는 제2전극로부터 발광부내로 주입된다.
발광부 내로 주입된 정공과 전자는 발광부에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.
상기 제1전극, 제2전극, 발광부이 공기 중의 수분이나 산소, NOx 등과 접촉하게 되면 성능 및 수명이 현저히 저하되므로, 그 위에는 보호층이 형성된다.
OLED 광원은 그 자체를 박막으로 제조 가능하여 광원의 두께를 획기적으로 줄일 수 있고, 온도 상승 경향이 적을 뿐 아니라 저전력 구동이 가능하다.
또한, OLED는 각종 컬러 광을 구현할 수 있는 다양한 이종의 유기 발광 물질들을 사용함으로써, 표시 장치의 패널로서도 기능할 수 있어, 액정표시장치의 백라이트, 각종 조명 기기, 표시 장치 등에 널리 사용되고 있다.
발광부에서 발생한 빛은 제1전극 또는 제2전극을 통과하고, 기판을 통과하여 외부로 출광된다.
그런데, 이 경우, 제1전극 또는 제2전극에서 기판으로 빛이 입사되거나, 기판에서 대기로 빛이 출광되는 경우, 많은 부분에서 전반사가 일어나 빛이 외부로 출광되지 못한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 상세하게는 기판으로부터 출광되는 빛을 굴절시키는 렌즈부가 복층 형태로 마련되게 하여 기판의 면적 대비 렌즈의 밀도를 증가시켜, 빛의 출광량을 증대시킬 수 있는 발광장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 빛이 투과하는 재질로 구성되는 기판과; 상기 기판상에 배치되는 제1전극과; 상기 제1전극상에 배치되는 발광부와; 상기 발광부 상에 배치되는 제2전극과; 상기 기판에 마련되어 상기 발광부로부터 방출되어 상기 기판을 통과하는 빛을 굴절시키되, 상기 기판 상에 복수의 층으로 구성되는 렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치를 제공한다.
상기 렌즈부는 상기 기판의 출광면에 상호 이격되어 마련되는 복수의 제1단위 렌즈로 구성되는 제1렌즈부와;
상기 제1단위 렌즈들 사이에 배치되며 상호 이격되는 제2단위렌즈들로 구성되는 제2렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1렌즈부와 상기 기판 사이의 공간과, 상기 제2렌즈부와 상기 기판 사이의 공간과, 상기 제1렌즈부와 상기 제2렌즈부 사이의 공간 중 적어도 어느 하나에 마련되는 표면처리제층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2렌즈부는 상기 제1렌즈부보다 출광방향으로 더 돌출되어 마련되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2렌즈부를 구성하는 제2단위렌즈의 입광면은 제1렌즈부를 구성하는 제1단위렌즈의 출광면 일부와 상기 기판의 출광면에 대향되는 것을 특징으로 한다.
상기 렌즈부를 구성하는 렌즈는 볼록렌즈로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 기판의 면적 대비 상기 렌즈부가 차지하는 면적의 비율은 95%~100%인 것을 특징으로 한다.
상기 제2렌즈부를 구성하며 상호 이격되는 제2단위 렌즈들 사이에 배치되며, 상기 제1렌즈부와 상기 제2렌즈부의 출광면에 배치되는 제3단위렌즈들로 구성되는 제3렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2렌즈부와 상기 제3렌즈부 사이에 마련되는 표면처리제층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 기판에 단위렌즈를 순차적으로 누적시켜 복수의 층을 갖는 렌즈부를 형성하는 단계와; ;상기 렌즈부가 형성된 기판에 제1전극을 배치하는 단계; 상기 제1전극상에 발광부를 배치하는 단계; 상기 발광부 상에 제2전극을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법을 제공한다.
상기 렌즈부를 형성하기 전에 기판의 출광면에 기판과 렌즈부와의 결합력을 강화시키기 위한 표면처리제층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
복수의 층을 갖는 렌즈부를 형성하는 단계는; 상기 기판의 출광면에 복수의 제1단위렌즈를 상호 이격되게 배치하여 제1렌즈부를 형성하는 단계와;
상기 제1렌즈부의 상면에 복수의 제2단위렌즈를 상호 이격되게 배치하여 제2렌즈부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1렌즈부를 형성하는 단계는 상기 기판의 출광면에 제1단위렌즈를 형성하는 액적을 상호 이격되게 형성하는 단계와; 액적을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2렌즈부를 형성하는 단계는; 상기 제1렌즈부의 출광면에 표면처리제층을 코팅하고 경화하는 단계와; 상기 표면처리제층에 제2단위렌즈를 형성하는 액적을 상호 이격되게 형성하고, 이를 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 층을 갖는 렌즈부를 형성하는 단계는; 상기 제2렌즈부를 구성하는 복수의 제2단위렌즈 사이에 배치되며, 상기 제1렌즈부와 상기 제2렌즈부의 출광면에 배치되는 제3단위렌즈로 구성되는 제3렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명에 의하여 기판에서 출사되는 빛의 양이 종래보다 현저하게 증가할 수 있다.
특히, 상기 기판의 출광면에 형성되는 볼록렌즈 형태의 렌즈부에 의하여 기판으로부터 빛의 전반사 량이 현저하게 감소하게 될 수 있고, 이에 의하여 빛의 특정한 출광방향으로 출광량이 집중될 수 있다.
더 나아가, 렌즈부가 복층 형태로 마련되게 함으로써, 특정 층의 렌즈부에 의하여 굴절되는 빛이 다른 층의 렌즈부에 의하여도 굴절되게 함으로써, 기판에서의 전반사 뿐만 아니라 특정 층의 렌즈에서 발생하는 전반사도 최소화 할 수 있다.
또한, 렌즈부를 복층으로 쌓아서 형성함으로써 렌즈의 형태가 2차원적 형상이 아닌 3차원적 형성을 구비할 수 있고, 이에 의하여 특정 층의 렌즈부를 구성하는 단위렌즈들 간의 이격 공간을 다른 층의 렌즈부를 구성하는 단위 렌즈들이 채울 수 있게 되어 기판면적대비 렌즈의 면적 비율이 최대화 될 수 있다.
이로 인하여 렌즈부가 최대한 조밀하게 배치됨으로써, 렌즈부를 통과하는 빛의 양을 최대화 할 수 있어서 발광장치의 발광효율을 최대화 할 수 있다.
도1은 본 발명에 의한 발광장치의 단면도이다.
도2내지 도7은 본 발명에 의한 발광장치에서 기판에 렌즈부를 제작하는 순서를 도시한 도면이다.
도8 내지 도10은 본 발명에 의한 발광장치를 제작하는 순서를 도시한 도면이다.
도11은 기판에 단층의 렌즈부가 구성된 경우의 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 알아보도록 하겠다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다
도1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 발광장치(100)는 빛이 투과할 수 있는 유리와 같은 기판(110)과, 상기 기판(110) 위에 배치되는 제1전극(120)과, 상기 제1전극(120) 위에 배치되는 발광부(140)와, 상기 발광부(140) 상부에 마련되는 제2전극(150)으로 구성된다.
여기서 상기 발광부(140)는 유기 발광부로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 제1전극(120)은 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극(120)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 전극(120)은 ITO로 이루어진다.
상기 제1전극(120)은 정공 주입 전극인 (+)극이 된다. 한편, 후술하겠지만, 상기 제2전극(150)은 전자 주입 전극인 (-)극이 된다.
상기 발광부(140)는 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
또한, 상기 발광부(140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다중 막으로 구성될 수 있다.
이들 모두를 포함할 경우, 정공 주입층이 양극인 제1전극(120)의 상에 배치되고, 그 위에 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층된다.
한편, 상기 발광부(140) 위에는 제2 전극(150)이 형성된다.
상기 제2 전극(150)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극(150)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드)로 형성될 수 있다. 일 예로, 제2 전극(150)은 알루미늄으로 이루어진다.
상기 발광 장치(100)가 일면 발광을 할 경우에는, 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 중 어느 하나가 투명성 전극으로 구성되고, 발광 장치(100)가 양면 발광을 할 경우에는, 제1 전극(120)과 제2 전극(150)은 모두 투명성 전극으로 형성된다.
도1에서는 상기 발광장치(100)에 전원이 공급되는 경우, 빛이 하방으로 출광되는 것을 예로 들었으나, 빛이 상방과 하방으로 모두 출광될 수 있다.
상기 발광부(140)에서 발생된 빛이 하부로 출광되는 경우, 상기 기판의 상면은 입광면이 되고, 상기 기판(110)의 하면은 출광면(111)이 된다.
상기 기판(110)의 출광면(111)에는 출광되는 빛을 굴절시킬 수 있는 렌즈부(200)가 마련될 수 있다.
상기 렌즈부(200)는 상기 기판(110)으로부터 나가는 빛을 굴절시키고, 기판(110)에서 발생하는 전반사를 방지하여, 상기 기판(110)으로부터 출광되는 빛의 양을 증대시키기 위한 구조이다.
상기 렌즈부(200)는 상기 기판(110)의 출광면(111)으로부터 출광방향으로 돌출되어 있는 볼록렌즈 형태로 구현되며, 상기 기판(110)의 출광면(111)상에 복수개로 이격되어 마련되는 것이 바람직하다.
상기 렌즈부(200)는 단층 형태가 아니라 복층 형태로 마련되는 것이 바람직하다. 도1에서는 상기 렌즈부(200)가 3층으로 구성되도록 마련되는 것이 도시되었으나, 층 수가 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서 상기 렌즈부(200)는 3층으로 구성되며, 상기 기판(110)의 출광면에 배치되어 제1층을 구성하는 제1렌즈부(210)와, 2층을 구성하는 제2렌즈부(220)와, 3층을 구성하는 제3렌즈부(230)를 포함한다.
상기 제1렌즈부(210)는 상기 기판(110)의 출광면 상에 상호 이격되어 배치되는 복수의 제1단위렌즈(211)로 구성된다.
한편, 상기 제2렌즈부(220)는 상기 기판(110)의 출광면 및 상기 제1렌즈부(210)의 출광면 일부에 마련되는 복수의 제2단위렌즈(221)로 구성된다.
상기 제2단위렌즈(221)는 상호 이격되게 배치되며, 상기 제1단위렌즈(211) 간의 이격공간을 채우도록 마련된다.
상기 제3렌즈부(230)는 상기 제2렌즈부(220)의 출광면 및 상기 제1렌즈부(210)의 출광면을 덮도록 배치된다. 상기 제3렌즈부(230)를 구성하는 제3단위렌즈(231)는 상기 제2단위렌즈(221) 간의 이격공간을 채우도록 마련된다.
한편, 상기 기판(110)의 출광면(111)과 상기 제1,2렌즈부(210,220)사이의 공간, 또는 상기 제1렌즈부(210)와 상기 제2렌즈부(220) 사이의 공간, 또는 상기 제3렌즈부(230)와 상기 제2렌즈부(220) 및 상기 제1렌즈부(210) 사이의 공간에는 표면처리제층(300,301,302)이 마련되는 것이 바람직하다.
구체적으로 보면, 상기 표면처리제층(300, 301, 302)은 각각, 상기 기판의 출광면(111)과, 상기 제1렌즈부(210)의 표면과 상기 제2렌즈부(220)의 표면에 각각 코팅되고 경화될 수 있다.
상기 표면처리제층(300)은 상기 렌즈부(200)간의 결합도를 제고시키는 한편, 상기 렌즈부(200)와 상기 기판(110)의 출광면(111) 간의 결합도를 제고시키는데 기여한다.
또한, 상기 표면처리제층(300, 301, 302)은 상기 렌즈부(200)를 형성하는 경우 분사되는 액상물질이 액적 형태로 뿌려질 때 넓게 퍼지는 것을 방지하여 그러한 액적이 반구의 렌즈 형태를 유지할 수 있도록 도움을 주는 역할도 수행한다.
상기 표면처리제층(300, 301, 302)도 빛이 투과하여야 하기 때문에 광투과율이 높은 상태가 유지되어야 한다.
상기 액적이 뿌려지는 것은 잉크젯 분사방식에 의하여 수행될 수 있으며, 이에 의하여 이러한 액적들은 상호 이격된 상태가 되어 상기 제1,2,3단위렌즈(211, 221, 231)로 변화할 수 있다.
상기 렌즈부(200)는 그러한 액상물질이 경화되어 마련되며, 상기 렌즈부(200)를 구성하는 물질은 상기 기판(110)과 다른 물질로 구성되거나 동일한 물질로 구성될 수 있다.
상기 렌즈부(200)는 빛을 통과시켜야 하기 때문에 투명하거나 광투과율이 높은 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 렌즈부(200) 형상으로 인하여, 상기 렌즈부(200)로부터 출광되는 빛이 대기로 나올때 굴절되어 출광될 수 있다.
출광면(111) 전체가 평면일 경우에는 출광면(111) 전체에 걸쳐서 전반사가 나타날 수 있지만, 도1과 같이, 상기 출광면(111)에 볼록렌즈 형태의 렌즈부(200)가 형성되는 경우에는 이와 같은 전반사가 억제될 수 있다.
여기서 상기 렌즈부(200)를 구성하는 물질은 고굴절 재료인 ZnO등의 무기물이나, PI(Polyimide)등의 유기물로 구성될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 상기 렌즈부(200)는 상기 기판(110)의 출광면(111)에 복수층 형태로 마련되는데, 상기 렌즈부(200)가 상기 기판(110)에서 차지하는 면적과, 기판(110)전체의 면적 간의 비율(fill factor: 렌즈 밀도)이 높을수록 출광되는 빛의 굴절이 원활하게 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명은 제1렌즈부(210) 상의 빈 공간을 제2렌즈부(220)가 채우고, 제2렌즈부(220) 상의 빈 공간을 제3렌즈부(230)가 채우기 때문에, 상기 렌즈부(200)의 배치 면적이 상기 기판(110)의 출광면(1110) 전체 면적에 대하여 차지하는 비율은 거의 100%에 육박할 수 있다.
본 발명에서는 그러한 렌즈의 밀도(fill factor)가 95~100%에 이르도록 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 제2렌즈부(220)가 제1렌즈부(210)보다 출광방향으로 더 돌출되고, 제3렌즈부(230)가 상기 제2렌즈부(220)보다 출광방향으로 더 돌출되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2렌즈부(220)의 높이는 상기 제1렌즈부(210)의 높이보다 더 크게 형성되는 것이 바람직한데, 상기 제1렌즈부(210)에서 굴절되어 방출된 빛을 보다 효과적으로 굴절시킨 후 방출시키기 위함이다.
상기 제2렌즈부(220)를 구성하는 상기 제2단위렌즈(221)는 상호 인접하게 배치되는 제1단위렌즈(211)들의 출광면 일부와 그 사이에 마련되는 공간에 채워진다.
따라서, 상기 기판(110)의 일부를 통과한 빛과 상기 제1단위렌즈(211)의 일부를 통과한 빛을 수광하여 굴절시킨 후 외부로 방출할 수 있다.
상기 제3렌즈부(230)를 구성하는 상기 제3단위렌즈(231)는 상호 인접하게 배치되는 제2단위렌즈(221)들의 출광면 일부와 그 사이에 마련되는 공간과, 상기 제1단위렌즈(211)의 출광면 일부에 마련된다.
따라서, 상기 제1단위렌즈(211)의 일부와 상기 제2단위렌즈(221)의 일부를 통과한 빛을 수광하여 굴절시킨 후 외부로 방출할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 발광장치(100)를 제조하는 방법에 대하여 알아보도록 하겠다.
도2에서 도시한 바와 같이, 상기 기판(110)의 출광면(11)에 표면처리제층(300)을 형성한다. 상기 표면처리제층(300)은 상기 기판(110)과 상기 제1렌즈부(210) 및 상기 제2렌즈부(220)와의 결합력을 증대시키기 위하여 마련된다.
또한, 상기 제1,2렌즈부(210)를 구성하는 액상물질이 액적 형태 또는 분무 형태로 뿌려지는 경우, 액적이 넓게 퍼지지 않고 반구 형태를 유지할 수 있도록 형상유지 기능도 수행한다.
상기 표면처리제층(300)를 코팅한 이후에, 경화가 될 수 있도록 UV나 열을 조사하여 그 형태가 고정될 수 있도록 한다.
상기 표면처리제층(300)를 경화시킨 후에, 도3에서 도시한 바와 같이, 제1렌즈부(210)를 형성한다.
상기 제1렌즈부(210)는 복수의 상호 이격되는 제1단위렌즈(211)로 구성된다.
상기 제1단위렌즈(211)는 렌즈를 구성하는 액상물질을 잉크젯과 같은 분사과정을 이용함으로써 상기 표면처리제층(300)에 형성될 수 있다.
상기 제1단위렌즈(211)의 형상은 상기 표면처리제층(300)에 의하여 넓게 퍼지지 않고 반구 형태의 볼록렌즈 형태가 될 수 있다. 한편, 제1단위렌즈(211)를 구현하는 액적들은 소정 간격 이격되어야 하는데, 그러한 간격이 일정 기준 이하기 되면 반데르발스 힘에 의하여 서로 뭉쳐지기 때문이다.
여기서 각 액적 간의 거리는 대략 10~15μm정도가 되는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 제1단위렌즈(211)를 구성할 액적들이 배치된 상태에서 UV나 열을 조사하면, 경화됨으로써 그 형태를 유지하여 제1단위렌즈(211)가 되고, 이러한 제1단위렌즈(211)의 어레이가 제1렌즈부(210)를 구성한다.
도4에서 도시한 바와 같이, 상기 제1렌즈부(210)의 형성이 완료되면, 다시 표면처리제층(301)을 증착 또는 코팅한다.
상기 표면처리제층(301)은 상기 제1렌즈부(210)의 표면과 이미 증착되어 경화된 다른 표면처리제층(300) 위에 도포되는 것이 바람직하다.
상기 표면처리제층(301)은 상기 기판(110)과 상기 제2렌즈부(220) 간의 결합 및, 상기 제1렌즈부(210)와 상기 제2렌즈부(220) 간의 결합력을 증대시키기 위하여 마련된다.
또한, 상기 제2렌즈부(220)를 구성하는 액상물질이 액적 형태 또는 분무 형태로 뿌려지는 경우, 액적이 넓게 퍼지지 않고 반구 형태를 유지할 수 있도록 형상유지 기능도 수행한다.
상기 표면처리제층(301)를 코팅한 이후에, 경화가 될 수 있도록 UV나 열을 조사하여 그 형태가 고정될 수 있도록 한다.
도5에서 도시한 바와 같이, 상기 표면처리제층(301)를 경화시킨 후에, 제2렌즈부(220)를 형성한다.
상기 제2렌즈부(220)는 복수의 상호 이격되는 제2단위렌즈(221)로 구성된다.
상기 제2단위렌즈(221)는 렌즈를 구성하는 액상물질을 잉크젯과 같은 분사과정을 이용하여 상기 표면처리제층(301)에 형성함으로써 마련된다.
상기 제2단위렌즈(221)의 입광면은 상호 인접해 있는 제1단위렌즈(211)의 출광면의 일부와, 상기 기판(111)의 출광면 일부에 대향되게 형성된다.
즉, 상기 제2단위렌즈(221)는 복수의 인접한 제1단위렌즈(211)에 걸쳐지게 배치될 수 있어서, 상기 제1단위렌즈(211) 사이의 공간을 채울 수 있는 것이다.
이러한 빈 공간을 채움으로써 렌즈부(200) 전체의 밀도를 높일 수 있다.
즉, 상기 제1단위렌즈(211) 간의 간격을 아무리 최소화 시켜도 물리적으로 빈 공간은 형성될 수 있는데, 이러한 부분을 제2단위렌즈(221)를 이용하여 채울 수 있음으로써, 제1단위렌즈(211)가 형성되지 아니한 부분을 통하여 방출되는 빛을 상기 제2단위렌즈(221)를 이용하여 굴절시킬 수 있는 것이다.
따라서, 상기 제1단위렌즈(211)의 출광면에서 방출되는 빛 뿐만 아니라, 상기 기판(111)의 출광면 일부로부터 출사되는 빛을 수광한 후, 이를 굴절시켜 방출할 수 있다.
상기 제2단위렌즈(221)의 형상은 상기 표면처리제층(301)에 의하여 넓게 퍼지지 않고 반구 형태의 볼록렌즈 형태가 될 수 있다.
한편, 제2단위렌즈(221)를 구현하는 액적들도 소정 간격 이격되어야 하는데, 그러한 간격이 일정 기준 이하기 되면 반데르발스 힘에 의하여 서로 뭉쳐지기 때문이다.
여기서도, 상기 제2단위렌즈(221) 간의 간격은 10~15μm 정도 되는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 제2단위렌즈(221)를 구성할 액적들이 배치된 상태에서 UV나 열을 조사하면, 경화됨으로써 그 형태를 유지하여 제2단위렌즈(221)가 되고, 이러한 제2단위렌즈(221)의 어레이가 제2렌즈부(220)를 구성한다.
도6에서 도시한 바와 같이, 상기 제2렌즈부(220)의 형성이 완료되면, 다시 표면처리제층(302)을 증착 또는 코팅한다.
상기 표면처리제층(302)은 상기 제2렌즈부(220)의 표면과 이미 증착되어 경화된 다른 표면처리제층(301) 위에 도포되는 것이 바람직하다.
상기 표면처리제층(302)은 상기 제2렌즈부(220)와 제3렌즈부(230) 간의 결합 및, 상기 제1렌즈부(210)와 상기 제3렌즈부(230) 간의 결합력을 증대시키기 위하여 마련된다.
상기 제3렌즈부(230)를 구성하는 액상물질이 액적 형태 또는 분무 형태로 뿌려지는 경우, 액적이 넓게 퍼지지 않고 반구 형태를 유지할 수 있도록 형상유지 기능도 수행한다.
상기 표면처리제층(302)를 코팅한 이후에, 경화가 될 수 있도록 UV나 열을 조사하여 그 형태가 고정될 수 있도록 한다.
도7에서 도시한 바와 같이, 상기 표면처리제층(302)를 경화시킨 후에, 제3렌즈부(320)를 형성한다.
상기 제3렌즈부(230)는 복수의 상호 이격되는 제3단위렌즈(231)로 구성된다.
상기 제3단위렌즈(231)는 렌즈를 구성하는 액상물질을 잉크젯과 같은 분사과정을 이용하여 상기 표면처리제층(302)에 형성함으로써 마련된다.
상기 제3단위렌즈(231)의 입광면은 상호 인접해 있는 제2단위렌즈(221)의 출광면의 일부와, 상기 제1단위렌즈(211)의 출광면 일부에 대향되게 형성된다.
상기 제3단위렌즈(231)는 복수의 인접한 제2단위렌즈(221)에 걸쳐지게 배치될 수 있어서, 상기 제2단위렌즈(221) 사이의 공간을 채울 수 있다.
이러한 빈 공간을 채움으로써 렌즈부(200) 전체의 밀도를 높일 수 있으며, 각 단위렌즈들이 최소한 두 번 이상 겹쳐지게 함으로써 빛의 굴절을 극대화시킬 수 있다.
또한, 렌즈부(200) 전체의 높이가 단층으로 형성된 경우보다 현저하게 높아지게 됨으로써 렌즈부(200)의 3차원적 특징을 구현할 수 있고, 이러한 3차원적 특징을 구현함으로써 빛의 굴절 경로를 다양화 할 수 있다.
상기 제2단위렌즈(221) 간의 간격을 아무리 최소화 시켜도 물리적으로 빈 공간은 형성될 수 있는데, 이러한 부분을 제3단위렌즈(231)를 이용하여 채울 수 있다.
이에 의하여 상기 제1단위렌즈(211)만 통과한 빛을 재차 굴절시킴으로써 모든 부분에서의 복굴절을 구현할 수 있다.
따라서, 상기 제2단위렌즈(221)의 출광면에서 방출되는 빛 뿐만 아니라, 상기 제1단위렌즈(211)의 출광면 일부로부터 출사되는 빛을 수광한 후, 이를 굴절시켜 방출할 수 있다.
상기 제3단위렌즈(231)의 형상은 상기 표면처리제층(302)에 의하여 넓게 퍼지지 않고 반구 형태의 볼록렌즈 형태가 될 수 있다.
한편, 제3단위렌즈(231)를 구현하는 액적들도 소정 간격 이격되어야 하는데, 그러한 간격이 일정 기준 이하기 되면 반데르발스 힘에 의하여 서로 뭉쳐지기 때문이다.
여기서도, 상기 제3단위렌즈(231) 간의 간격은 10~15μm 정도 되는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 제3단위렌즈(231)를 구성할 액적들이 배치된 상태에서 UV나 열을 조사하면, 경화됨으로써 그 형태를 유지하여 제3단위렌즈(231)가 되고, 이러한 제3단위렌즈(231)의 어레이가 제3렌즈부(230)를 구성한다.
이하에서는 이와 같이 렌즈부(200)가 형성된 기판(110)을 이용하여 본 발명에 의한 발광장치를 제작하는 순서에 대하여 알아보도록 하겠다.
도8에서 도시한 바와 같이, 상기 기판(110)의 입광면에 상기 제1전극(120)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 제1 전극(120)은 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 제1 전극(120)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드), ZnO(산화 아연) 또는 In2O3(Indium Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 전극(120)은 ITO로 구성될 수 있다.
상기 제1전극(120)은 PECVD 또는 MOCVD 또는 스퍼터링 공정으로 상기 기판(110)에 증착될 수 있다.
상기 제1전극(120)의 배치가 완료되면, 도9에서 도시한 바와 같이, 상기 제1전극(120)위에 상기 발광부(140)를 배치한다.
상술한 바와 같이, 상기 발광부(140)는 전자-정공 쌍의 재조합의 결과로서 발광을 수행하는 발광층(emissive layer)을 구비한다.
상기 발광부(140)는 정공주입층(hole injecting layer), 전자 주입층(electron injecting layer), 정공수송층(hole transporting layer) 및 전자수송층(electron transporting layer) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 다중 막으로 구성될 수 있다.
이들 모두를 포함할 경우, 정공 주입층이 양극인 제1전극(120)의 상에 배치되고, 그 위에 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층이 차례로 적층된다.
상기 발광부(140)의 형성이 완료되면, 도10에서 도시한 바와 같이, 상기 발광부(140)의 상면에 상기 제2전극(150)을 형성한다.
상기 제2 전극(150)은 불투명한 금속 물질, 예를 들어, 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 마그네슘(Mg), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다.
또한, 제2 전극(150)은 투명성 도전체, 예를 들어 ITO(Indium tin oxide; 인듐 틴 옥사이드)나 IZO(Indium zinc oxide; 인듐 징크 옥사이드)로 형성될 수 있다. 일 예로, 제2 전극(150)은 알루미늄으로 이루어진다.
상기 발광장치(100)가 일면 발광을 할 경우에는, 제1 전극(120)과 제2 전극(150) 중 어느 하나가 투명성 전극으로 구성되고, 발광 장치(100)가 양면 발광을 할 경우에는, 제1 전극(120)과 제2 전극(150)은 모두 투명성 전극으로 형성되는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 발광장치(100)의 동작에 대하여 알아보도록 하겠다.
도10에서 도시한 바와 같이, 상기 제1전극(120)에 (+)전원이 인가되고, 상기 제2전극에 (-) 전원이 인가되면, 정공은 제1전극(120)로부터 발광부(140) 내로 주입되고, 전자는 제2전극로부터 발광부(140)내로 주입된다.
발광부(140) 내로 주입된 정공과 전자는 발광부(140)에서 재결합하여 엑시톤(exiton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태에서 기저상태로 전이하면서 빛을 방출하게 된다.
상기 발광부(140)에서 방출된 빛은 상기 제1전극(120)을 통과하여 상기 기판(110)에 입사한다.
빛은 상기 기판(110)으로 입사한 후 상기 렌즈부(200)를 통과하면서 굴절되어 외부로 출광된다.
특히, 제1렌즈부(210)를 통과한 빛은 제2렌즈부(220) 및 제3렌즈부(230)를 통과하면서 복굴절될 수 있으며, 이에 의하여 전반사 되어 기판(110) 내부로 재유입되는 빛의 양을 현저하게 줄일 수 있다.
또한, 제1렌즈부(210)를 통과하지 않는 빛도 제2렌즈부(220) 및 제3렌즈부(230)를 통과하면서 복굴절될 수 있는데, 이는 제1렌즈부(210)가 커버하지 못하는 지역을 제2렌즈부(220)가 커버할 수 있기 때문이다.
이와 같은 굴절과정을 거쳐서 빛이 출광되므로 기판(110)에서 발생했던 전반사 현상이 최대한 억제될 수 있으며, 전반사로 인하여 기판(110) 외부로 출광되지 못하였던 빛이 출광됨으로써 빛의 출광도가 현저하게 증가할 수 있게 되었다.
특히, 도11과 같이 렌즈부(160)가 단층으로 이루어지는 경우 그 사이의 공간(S)이 존재할 수 밖에 없고, 그 부분에서 전반사가 일어나서 빛이 다시 내부로 유입되기 때문에 발광효율 또는 광 추출효율이 저하될 수 밖에 없다.
그러나, 본 발명의 경우, 렌즈부(200)가 복층으로 구현되고, 특정 렌즈층에 형성된 빈 공간을 다른 렌즈층으로 채울 수 있기 때문에, 전반사의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 렌즈부(200) 전체가 상기 기판(110)의 출광면 전부 또는 대부분을 덮을 수 있기 때문에, 그 밀도(fill factor)를 극대화 할 수 있다.
따라서, 상기 렌즈부(200)를 통과하는 빛의 양을 최대화 할 수 있고, 이러한 빛이 굴절되어 특정 방향에 집중될 수 있어서, 발광효율도 제고할 수 있다.
100: 발광장치 110: 기판
120: 제1전극 140: 발광부
150: 제2전극 200: 렌즈부
210: 제1렌즈부 211: 제1단위렌즈
220: 제2렌즈부 221: 제2단위렌즈
230: 제3렌즈부 231: 제3단위렌즈
300, 301, 302 : 표면처리제층

Claims (15)

  1. 빛이 투과하는 재질로 구성되는 기판과;
    상기 기판상에 배치되는 제1전극과;
    상기 제1전극상에 배치되는 발광부와;
    상기 발광부 상에 배치되는 제2전극과;
    상기 기판에 마련되어 상기 발광부로부터 방출되어 상기 기판을 통과하는 빛을 굴절시키되, 상기 기판 상에 복수의 층으로 구성되는 렌즈부
    를 포함하고,
    상기 렌즈부는,
    상기 기판의 출광면에 상호 이격되어 마련되는 반구 형상의 복수의 제1단위렌즈들로 구성되는 제1렌즈부와;
    상호 이격되는 상기 복수의 제1단위렌즈들 사이에 배치되며 상호 이격되는 반구 형상의 복수의 제2단위렌즈들로 구성되는 제2렌즈부; 및
    상기 기판, 상기 제1렌즈부 및 상기 제2렌즈부 사이에 배치되는 제1 표면처리제층을 포함하고,
    상기 제1 표면처리제층은 상기 기판과 상기 제1 렌즈부에 의해 정의되는 외표면의 형상과 대응되고, 상기 외표면의 둘레를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈부는 상기 제1렌즈부보다 출광방향으로 더 돌출되어 마련되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈부를 구성하는 제2단위렌즈의 입광면은 제1렌즈부를 구성하는 제1단위렌즈의 출광면 일부와 상기 기판의 출광면에 대향되는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 면적 대비 상기 렌즈부가 차지하는 면적의 비율은 95%~100%인 것을 특징으로 하는 발광장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2렌즈부를 구성하며 상호 이격되는 제2단위 렌즈들 사이에 배치되며, 상기 제1렌즈부와 상기 제2렌즈부의 출광면에 배치되는 제3단위렌즈들로 구성되는 제3렌즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2렌즈부와 상기 제3렌즈부 사이에 마련되는 제2 표면처리제층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치.
  10. 기판에 단위렌즈를 순차적으로 누적시켜 복수의 층을 갖는 렌즈부를 형성하는 단계와;
    상기 렌즈부가 형성된 기판에 제1전극을 배치하는 단계;
    상기 제1전극상에 발광부를 배치하는 단계;
    상기 발광부 상에 제2전극을 배치하는 단계; 및
    표면처리제층을 형성하는 단계를 포함하고,
    복수의 층을 갖는 렌즈부를 형성하는 단계는,
    상기 기판의 출광면에 반구 형상의 복수의 제1단위렌즈를 상호 이격되게 배치하여 제1렌즈부를 형성하는 단계; 및
    상호 이격되는 상기 복수의 제1단위렌즈 사이에 반구 형상의 복수의 제2단위렌즈를 상호 이격되게 배치하여 제2렌즈부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 표면처리제층은 상기 기판, 상기 제1렌즈부 및 상기 제2렌즈부 사이에 배치되되, 상기 기판과 상기 제1 렌즈부에 의해 정의되는 외표면의 형상과 대응되고, 상기 외표면의 둘레를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1렌즈부를 형성하는 단계는,
    상기 기판의 출광면에 제1단위렌즈를 형성하는 액적을 상호 이격되게 형성하는 단계와; 액적을 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2렌즈부를 형성하는 단계는,
    상기 제1렌즈부의 출광면에 표면처리제층을 코팅하고 경화하는 단계와;
    상기 표면처리제층에 제2단위렌즈를 형성하는 액적을 상호 이격되게 형성하고, 이를 경화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 층을 갖는 렌즈부를 형성하는 단계는,
    상기 제2렌즈부를 구성하는 복수의 제2단위렌즈 사이에 배치되며, 상기 제1렌즈부와 상기 제2렌즈부의 출광면에 배치되는 제3단위렌즈로 구성되는 제3렌즈부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광장치의 제조방법.
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